Pinturas inteligentes, la nueva generación de recubrimientos con propiedades activas

En este artículo, escrito por Juan A. Gabaldón, colaborador de Incopin, para la revista Industria de la Pintura, se analiza el impacto de las pinturas inteligentes en el sector de los recubrimientos. Estos materiales avanzados, capaces de responder a estímulos como temperatura, luz o humedad, están revolucionando la protección y el mantenimiento de superficies en sectores como la construcción, la automoción y la industria aeroespacial. Gracias a propiedades como la autolimpieza, la autorreparación y la resistencia a la corrosión, estos recubrimientos no solo mejoran la durabilidad de los materiales, sino que también contribuyen a la sostenibilidad y eficiencia energética.

Tradicionalmente las pinturas tienen dos funciones principales, una decorativa y otra de protección del sustrato sobre el que se aplican. Generalmente este efecto de protección se produce estableciendo una barrera física entre el soporte y el ambiente agresivo. Además de estas propiedades generales, se desarrollaron las pinturas funcionales[1], que tienen diferentes propiedades especiales dependiendo del tipo de aplicación y de sustrato. Ejemplos típicos son pinturas anticorrosivas, antifouling (marinas), antigraffiti, de camuflaje, intumescentes, etc.

Las pinturas inteligentes (smart) representan una nueva generación de recubrimientos capaces de reaccionar a estímulos externos[2] para optimizar su rendimiento y funcionalidad. Sus propiedades pueden diseñarse según la aplicación, abarcando desde la autorreparación y la autolimpieza hasta la anticorrosión y el termocromismo. Un recubrimiento inteligente no solo detecta cambios en el entorno, sino que también interactúa y responde a ellos sin perder su integridad. Estos estímulos pueden incluir variaciones en la luz, el pH, la presión, la temperatura, factores biológicos o la polaridad. Gracias a estas capacidades, las pinturas inteligentes aportan un valor añadido significativo en múltiples sectores.

El mercado de las pinturas inteligentes está experimentando un rápido avance, este crecimiento de la demanda se puede atribuir a la necesidad de materiales avanzados que mejoren protección y sostenibilidad. Varios informes de mercado indican que el valor de estas pinturas puede pasar de 2.700 millones de dólares en 2023 a 11.700 millones en 2032, con un crecimiento anual[3] del 17,2%.

Tipos de pinturas inteligentes.

La exposición de los recubrimientos a la atmósfera, agentes químicos o cambios de temperatura provoca daños en la matriz polimérica, generando microgrietas que pueden comprometer la integridad del material. En el caso de las pinturas autorreparables[4], estas grietas son detectadas y reparadas mediante dos mecanismos: la reparación intrínseca y la extrínseca.

La reparación intrínseca se basa en las propiedades inherentes del material. Sus moléculas tienen la capacidad de polimerizar, restableciendo los enlaces y reorganizando la estructura sin necesidad de agentes externos, lo que hace que el material sea autosuficiente en su regeneración. Este mecanismo se aplica con éxito en recubrimientos anticorrosivos, ya que una pequeña grieta puede desencadenar el proceso de corrosión. Con frecuencia, estas pinturas incorporan inhibidores de corrosión encapsulados para mejorar su eficacia.

Por otro lado, la reparación extrínseca requiere la presencia de un agente externo embebido en la película del recubrimiento. Este suele encontrarse encapsulado en microcápsulas distribuidas por toda la superficie. Cuando el material sufre daños, las cápsulas se rompen y liberan el agente reparador, que fluye hacia la zona afectada, formando nuevos enlaces y restaurando la solidez del recubrimiento. En muchos casos, este proceso se ve reforzado por estímulos externos como el calor o la luz, que aumentan la efectividad de la reparación.

Estos recubrimientos tienen una aplicación clave en la protección anticorrosiva, ya que incluso una pequeña grieta puede desencadenar el proceso de corrosión. Para mejorar su eficacia, suelen incorporar inhibidores de corrosión encapsulados, que se liberan cuando el material sufre daños, proporcionando una barrera adicional contra el deterioro.

Mecanismo de autorreparación intrínseco y extrínseco.

Estos recubrimientos permiten la limpieza espontánea de fachadas, ventanas y otras superficies, lo que supone un ahorro significativo de tiempo y costes. Además, muchos de ellos presentan propiedades antihielo y antiniebla. Según su funcionamiento, pueden ser hidrofóbicos o hidrofílicos.

Las superficies autolimpiantes hidrofóbicas son ideales cuando se busca repelencia al polvo, por lo que se emplean en interiores, vehículos y otras aplicaciones similares. Estos recubrimientos hacen que las gotas de agua se acumulen y rueden sobre la superficie, arrastrando la suciedad y evitando la acumulación de agua en zonas concretas. Gracias a este mecanismo, el goteo y el desplazamiento del agua mantienen la superficie limpia y seca.

Por otro lado, las superficies autolimpiantes hidrofílicas resultan más eficaces en aplicaciones donde el agua circula continuamente, como en paneles solares, ventanas y otras superficies de vidrio. La fina capa de agua que se forma sobre ellas facilita la eliminación de polvo y suciedad, mejorando su mantenimiento y rendimiento.

Recubrimientos autolimpiantes hidrofóbicos e hidrofílicos.

Las superficies superhidrofóbicas[5] han despertado un especial interés debido a dos características principales. Por un lado, su alta repelencia al agua, resultado de un ángulo de contacto superior a 150°. Por otro, su bajo valor de deslizamiento, que facilita el desplazamiento de las gotas de agua sobre la superficie.

Estas superficies se pueden generar creando una estructura microrrugosa sobre una superficie que tenga una baja tensión superficial, que se consigue con derivados fluorados o siliconas. La rugosidad de la superficie ha de ser a nivel nano, lo que produce una microporosidad que se rellena por aire, aumentando la hidrofobicidad, ya que disminuye el área de contacto del agua con la superficie. La nanorrugosidad puede obtenerse depositando nanopartículas de sílice, polidimetilpolisiloxano, etc. sobre la superficie o bien mezclarse con la pintura.

Las superficies superhidrofóbicas también se han demostrado útiles en la lucha contra la corrosión, ya que disminuyen el contacto con el elemento corrosivo (agua). También han demostrado su eficacia como pintura antihielo, de aplicación en alas de avión.

Se suele combinar este mecanismo de autolimpieza con el de antipolución. El aire contiene diversos contaminantes, como hidrocarburos policíclicos, óxidos de nitrógeno, metales pesados y volátiles orgánicos. Estos contaminantes se fijan en la superficie de los edificios y contribuyen a su degradación. Los recubrimientos que contienen aditivos fotocatalíticos ayudan en la descomposición de estos compuestos orgánicos. Entre los materiales que tienen propiedades fotocatalíticas están los óxidos de wolframio, circonio, cerio y titanio.

Las pinturas conductoras se emplean en equipos electrónicos para evitar descargas de electricidad estática y mejorar la transmisión de señal. Para ello, pueden utilizarse polímeros orgánicos conductores como matriz continua o bien incorporar pigmentos conductores en una concentración suficiente para garantizar el contacto entre partículas. Tradicionalmente, se empleaban grafito o negro de humo, aunque estos materiales oscurecían la pintura. En la actualidad, se han sustituido por nanotubos de carbono o grafeno, que ofrecen mejores propiedades sin alterar el color.

Las pinturas termocrómicas[6] cambian de color en función de su temperatura superficial. Durante los periodos fríos, se oscurecen para absorber más radiación solar, mientras que en épocas cálidas adquieren tonos más claros para reflejar el calor. Estas propiedades las convierten en una solución eficaz en entornos urbanos con grandes oscilaciones térmicas. También se aplican en ventanas, donde regulan la entrada de calor en los edificios.

Según su composición química, los recubrimientos termocrómicos pueden clasificarse en inorgánicos, orgánicos o poliméricos. Entre los inorgánicos destacan los óxidos de zinc, titanio y vanadio. En los orgánicos, un tinte leuco (incoloro) basado en un anillo de lactona puede modificar su color y estructura química en respuesta al calor, la luz o el pH. Los poliméricos pueden estar compuestos por un polímero con capacidad intrínseca de cambio de color, como ciertos polímeros líquidos cristalinos, o bien por un polímero al que se le han añadido pigmentos termocrómicos o aditivos especiales.

Otros materiales también presentan cambios de color cuando interactúan con agentes externos. Los fotocrómicos responden a la luz visible o UV; los piezocrómicos se alteran al ser sometidos a presión; los electrocrómicos varían su tonalidad al recibir una corriente eléctrica; y los quimiocrómicos modifican su coloración en función del pH o de la concentración de iones en su superficie.

Bibliografía

[1] E. N. Namburi, Novel Defence Functional and Engineering Materials, vol. 1. Springer, 2029.

[2] T. Provder and J. Baghdachi, Smart Coatings 2. ACS Symposium, 2009.

[3] J. M. Yelwa and H. Musa, "Innovative smart coatings: advancing surface protection and sustainability across industries", AcadNano, vol. 7343, 2023.

[4] S. K. Ghosh, Ed., Self-Healing Materials: Fundamentals, Design Strategies, and Applications. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2009.

[5] B. Nomeir, S. Lakhouil, and S. Boukheir, "Recent advances in polymer-based superhydrophobic coatings: preparation, properties, and applications", J. Coat. Technol. Res., vol. 22, pp. 33–89, 2025. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/s11998-024-00955-y.

[6] Prog. Org. Coat., [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2020.105557.

[7] Elsevier Science, [Online]. Available: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811417-9.00008-8.

Las pinturas inteligentes representan una nueva generación de recubrimientos capaces de reaccionar a estímulos externos para optimizar su rendimiento y funcionalidad

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